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Estamos colaborando con los proyectos y dirección de las obras de la red de riego y embalse regulador de agua junto al Ayuntamiento de Zaragoza para la potenciación de la agricultura ecológica “red de huertas LIFE km 0”.

El proyecto LIFE km0 tiene como objetivo la recuperación medioambiental de espacios periurbanos mediante la intervención en el ecosistema y la agricultura ecológica

Así pues, se pretende aprovechar una antigua finca de regadío tradicional para dividirla en lotes de un tamaño entre media y una hectárea para que sean aprovechados por agricultores de la zona, siempre con cultivos ecológicos.

El proyecto también pretende ser un ejemplo por la utilización eficiente del agua mediante riego por goteo y la utilización también de energías limpias y renovables. La energía necesaria para las bombas será aportada por un parque solar.

Independientemente de su utilización para el dimensionado óptimo en la fase de proyecto, la aplicación GESTAR nos permite optimizar el funcionamiento de las estaciones de bombeo.

En una reciente aplicación del software a un caso real  he podido comprobar su utilidad y la sencillez de su manejo. Una vez introducidas las variables, como a continuación explicaré, es el mismo personal de guardería y mantenimiento el que se hace cargo de las futuras optimizaciones, en función de la demanda de los regantes.

En primer lugar se ha realizado la verificación de los datos de nodos (hidrantes) y elementos (tuberías y bombeos). La introducción de los datos de hidrantes y tuberías es bastante intuitivo y únicamente para la definición de la estación de bombeo como un elemento único (aunque se dispongan de varias bombas) se debe pasar por la opción de “regulación de bombeo”.

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En esta opción podemos introducir varias bombas funcionando a unas revoluciones por minuto (r.p.m) fijas y hasta dos bombas funcionando  a régimen variable.  El software nos permite conocer para diferentes caudales que rendimiento vamos a obtener del conjunto de la estación de bombeo. Esto resulta muy útil para la fase de proyecto y también para la posterior gestión. En la siguiente imagen se muestra el resultado que ofrece GESTAR para la simulación de un conjunto de bombas, como una estación de bombeo podríamos decir “compacta” o en la que se simula el conjunto de bombas con una única curva.

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En el “caso de estudio” que presento, la Comunidad de Regantes (C.R) disponía de un listado con las necesidades de agua de los diferentes hidrantes (número de horas de apertura)  y la C.R necesitaba optimizar el bombeo para cubrir esas necesidades. Por ejemplo, desconocían si era  posible “encajar” los horarios de los hidrantes en el periodo P6, con el precio más económico de la energía.

Aunque el estudio se realizó para  los diferentes ramales, con alturas de presión y equipos de bombeo diferentes, los resultados de una de las redes los podemos mostrar a continuación a modo de ejemplo. En la siguiente imagen se aprecian los horarios de riego de los diferentes hidrantes, ya trasladados al GESTAR.

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Uno  de los primeros resultados que nos ofrece el software es el rendimiento del conjunto de la estación de bombeo, como podemos ver en la siguiente captura de imagen:

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También conoceremos el  caudal de la impulsión, en base al cual podemos determinar si la estación de bombeo está funcionando dentro de los parámetros de rendimiento que el fabricante nos haya facilitado, además de contrastarlo con la gráfica mostrada más arriba. El rango de caudales también se debe mantener en unos mínimos para que el rendimiento de las  bombas individuales no disminuya excesivamente, incluidas las bombas con variador de velocidad.

Por último, GESTAR también nos va a ofrecer un listado del estado en el que se encuentra cada nodo (principalmente régimen de presión) para cada intervalo de tiempo que nosotros le hayamos prefijado (media hora, una hora). De esta manera el personal responsable de la gestión de la C.R puede prever si en algún hidrante puede producirse un déficit de presión según el patrón de riego establecido y si es así poder modificarlo de manera sencilla.

En resumen, y bajo mi forma de ver, nos encontramos con una herramienta potente para el diseño de redes colectivas de riego y también para la optimización de la gestión de estaciones de bombeo para riego.

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Hemos publicado esta entrada en el blog de sondas de humedad para regadío.

 

31-10-2014 8.10.58 1En el post anterior hice referencia a la importancia de incorporar baterias de condensadores y variadores de velodidad en las instalaciones de bombeo para optimizar su funcionamiento. En este post pretendo dar una serie de recomendaciones  (en tiempo real, semanal, mensual, anual y trianual) con el objetivo de que el funcionamiento de las instalaciones esté dentro de los parámetros correctos.

En primer lugar destacaría que es fundamental realizar un seguimiento en tiempo real por medio del telecontrol de los siguientes conceptos:

  1. Medición de la temperatura de rodamientos y devanados.
  2. Medición de caudal, presión y potencia absorbida.

Independientemente se deberían llevar a cabo también visitas insitu por medio de las cuales se hará un  seguimiento semanal de:

  1. Vibraciones o ruidos extraños.
  2. Goteo excesivo a través de empaquetaduras.
  3. Nivel de aceite de transmisiones.
  4. Fugas de aceite.
  5. Limpieza de ventilador.

El control será mensual respecto a:

  1. Engrasado de rodamientos según especificaciones del fabricante.
  2. Comprobación y reposición de lubricante recomendado por el fabricante en las cantidades y condiciones recomendadas.
  3. Comprobación de tolerancia en prensaestopas.
  4. Registro de horas de funcionamiento.
  5. Comprobación del rendimiento medio del bombeo.

El control será anual en los siguientes casos:

  1. Sustitución de empaquetaduras.
  2. Alineación de la bomba y el motor.
  3. Vaciar completamente y rellenar de nuevo el circuito de engrase.
  4. Verificación de las conexiones.
  5. Limpieza de las bobinas.
  6. Medición de la resistencia de aislamiento.
  7. Revisión del funcionamiento de las protecciones (caldeo y sondas de temperatura)
  8. Comparación de los valores de corriente, tensión, potencia  y rendimiento medio con los valores nominales.

Cada  tres años se controlará el desgaste de rodamientos de bomba y se sustituirán si es necesario.

Se realizará un mantenimiento quinquenal en los conceptos:

  • Desmontaje completo de las bombas en todas sus piezas, revisión y limpieza de las mismas.
  • Control de rodetes y rodamientos.
  • Pintado del cuerpo.

El mantenimiento será cada diez  años para la sustitución de rodetes y rodamientos

La sustitución de los rodamientos se recomienda en todo caso realizarla cada 12.000 horas de trabajo.

Las anteriores medidas se deben adoptar por razones de eficiencia energética y para evitar superar 10 ó más puntos las pérdidas de rendimiento respecto a los rendimientos exigidos en el Proyecto Constructivo o en las garantías del fabricante en el suministro de los equipos.

 

estacin de bombeo(1)

Como habreis podido leer en los últimos post he hecho referencia al control de calidad y seguimiento del funcionamiento de las redes de riego. En muchas de estas instalaciones nos encontramos también con equipo de bombeo.

Debido al encarecimiento de la energía en los últimos años practicamente todas las instalaciones cuentan con  baterías de condensadores o la tecnología adecuada (variadores de frecuencia) que compense la energía reactiva generada por las instalaciones, de manera que la Comunidad de regantes responsable de la factura eléctrica, no tenga perjuicio económico por este concepto.

En la factura eléctrica mensual aparece la penalización por reactiva cuando el factor de potencia cosϕ tiene un valor menor a 0,95.

En las Comunidad de regantes la energía reactiva se puede resumir como el consumo por parte del transformador y de los motores de las bombas de energía desfasada (“sucia”).

Las penalizaciones se calculan por periodos, solamente para los excesos de energía reactiva consumida, fuera de los periodos valle y con la siguiente fórmula:

P = R (kVArh) – 1/3·E (kWh x Tr ( €/kw)

Siendo:

R: reactiva

E: energía activa

Tr: precio reactiva

La cantidad de energía reactiva por energía total se mide con el factor de potencia (estimado con el Cos ϕ):

11-8-2014 13.8.8 1Donde:

Energía activa consumida:   kWh

Energía reactiva consumida: kVArh

Cuanto más bajo sea el valor de Cos ϕ, más caro es el Tr y por tanto más cara es la penalización por la energía reactiva

Para evitar que las Compañías Eléctricas penalicen por esta energía “sucia”, es necesario instalar una batería de condensadores que contrarreste el efecto de los motores.

Independientemente de lo anterior es fundamental mantener y medir la eficiencia instantánea de los equipos de bombeo.

Si tomamos como referencia las directrices del Instituto para la Diversificación y Ahorro de Energía (IDAE):

– Eficiencia del Equipo de Bombeo > 0,650 (calificada como Excelente por el IDAE).

– Eficiencia < 0,450 (calificada por IDAE como inaceptable)

Entre estos valores se pueden tomar valores según curvas semejante a las penalizaciónes usada por las compañías suministradoras para penalizar los excesos de potencia en la factura eléctrica.

Las curvas características de las bombas hidráulicas nos señalan gráficamente la relación entre el caudal, altura, rendimiento y potencia absorbida en el eje de la bomba. La dependencia entre estos valores se obtiene en el banco de pruebas a velocidad constante. Entre las distintas curvas características, a distintas velocidades de funcionamiento de una bomba, se cumple la ley de semejanza de Newton. En el cambio de un número de revoluciones a otro, el caudal varía linealmente, la altura varía con el cuadrado y la potencia lo hace aproximadamente con la tercera potencia de la relación del número de revoluciones.

La intersección de la curva característica (a unas determinadas revoluciones) de una bomba con la curva resistente de una impulsión determina el punto funcionamiento del sistema. Las bombas con motor eléctrico trabajan a una velocidad constante. Para elegir la bomba adecuada para una instalación, seleccionaremos aquella bomba en la que el punto del funcionamiento del sistema coincida con su rendimiento máximo. Si las alturas de aspiración e impulsión se mantienen constantes el rendimiento será siempre el máximo, aunque, lógicamente, con el uso perderá rendimiento.

Si impulsamos directamente a la red y se modifican los caudales y las alturas manométricas, el punto de funcionamiento se desplazará de su punto óptimo reduciéndose su rendimiento. Así mismo, si las presiones en aspiración (positivas o negativas) se modifican el punto de trabajo se desplazará en la curva reduciéndose su rendimiento.

En estas condiciones de presiones y caudales variables, si queremos mantener unos rendimientos aceptables se deben instalar variadores de frecuencia que adapten las revoluciones de las bombas a los requerimientos del sistema. Si en algún momento los caudales solicitados son muy bajos, incluso con variadores los rendimientos serán bajos. Por esta razón es conveniente fraccionar los sistemas de bombeo con alguna bomba de menor tamaño.

Los rendimiento de las grupos de bombeo (motor+bomba) trabajando en condiciones estables pueden estar, en una instalación bien diseñada, por encima del 75 % y debido al elevado coste de la energía eléctrica es fundamental mantener la eficiencia y para ello llevar a cabo labores de mantenimiento y monitorizar los principales parámetros de los equipos.

Tal y como indicaba en el post anterior, uno de los indicadores relacionados con la calidad de las redes de riego en los proyectos de participación pública privada en regadíos (y que también se puede utilizar en el resto de infraestructuras hidráulicas de riego) es el “coeficiente mensual de servicio de presiones”.

Este indicador pretende asegurar que se cumplan con las presiones mínimas que se establezcan en el proyecto constructivo.

Están presiones vendrán determinados por la pérdida de carga que se produzca con los caudales de diseño. Estos caudales se suelen determinar para una determinada alternativa de cultivo, utilizando datos climatológicos de una serie de años y para el mes de máximo consumo.

Se suele asumir que un determinado número de años del periodo estudiado la instalación estará infra-dimensionada. Además se debe asumir que si hubiera un cambio de alternativa y se intensificara el cultivo de especies con elevadas necesidades hídricas (maíz, alfalfa, dobles cosechas) la instalación podría estar infradimensionada durante un número mayor de años. Evidentemente esta situación se dará en los meses con más necesidades hídricas del año.

Por otra parte, en el proyecto  se calcula la instalación a la demanda pero para un determinado coeficiente de simultaneidad. Esto quiere decir que no está previsto que todas las tomas rieguen al mismo tiempo. Si una mayoría de los regantes quieren regar de noche o después de una semana con mucho viento, la instalación tendrá problemas de presión.

Por otro lado, en la fase de proyecto se considera que la distribucion de los cultivos (unos con más requerimientos hídricos que otros) se realiza de forma aleatoria en el perímetro de riego de cada zona. Si en un ramal se concentra todo el cultivo de altas necesidades (maíz), ese ramal tendrá más perdidas de carga de las previstas y la presión será inferior a la exigida. Este escenario no es descartable en zonas donde existan cooperativas o empresas que gestionen fincas por ejemplo para deshidratar alfalfa y por tanto puede haber un elevado número de parcelas con un mismo cultivo.

En las condiciones de diseño, cuando el caudal de trabajo coincida con el de diseño, ¿qué puede suceder para que la presión sea inferior a la mínima?

  • Que se haya instalado una tubería de menor diámetro de la calculada en los proyectos.
  • Que la rugosidad de la tubería aumente por abrasión y la pérdida de carga sea mayor. Con el tiempo todas las tuberías son más rugosas pero su incidencia no va a ser apreciable.
  • Que las válvulas no abran completamente y provoquen una pérdida de carga excesiva. Los transductores de presión detectarán rápidamente esta anomalía.
  • Que no funcionen correctamente los reguladores de presión y provoquen más pérdida de carga de la prevista. Los transductores de presión detectarán rápidamente esta anomalía.

Además, aunque las presiones sean correctas es fundamental el buen funcionamiento de los transductores y el telecontrol para poder monitorizar el sistema. Un correcto sistema de gestión por telecontrol en el que estén incluidos los principales datos hidráulicos de la red permitirá adelantarse a los posibles problemas de bajas presiones y proporcionar soluciones de gestión, como podría ser el riego por turnos. Palabras casi malditas entre los regantes, estas del riego por turnos, y que sin embargo podrían llevar a importantes ahorros energéticos a cambio de libertad para elegir el momento del riego. Mi experiencia con determinadas Comunidades de Regantes que, a veces  obligadas por limitaciones en sus infraestructuras, están utilizando el riego a turnos es positiva. El gestor de la Comunidad dispone de herramientas informáticas para facilitar su gestión si bien también me he encontrado con Comunidades de Regantes que lo gestionan con una plantilla en papel y poco más. Pero esto ya es historia para otro post.

 

 

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Como habrás podido leer en los post anteriores, la aplicación del sistema de Participación Pública Privada lleva asociada el seguimiento de unos coeficientes indicadores ligados a aspectos que tienen por objeto incentivar la explotación siguiendo unos estándares óptimos de disponibilidad de la infraestructura y de calidad en el servicio de riego, así como en la atención al usuario/cliente.

Los coeficientes que se han contemplado, por ejemplo, para la ampliación de la zona regable del Canal de Navarra son:

1. K1: Coeficiente anual de eficiencia técnica y de gestión del agua.

2. k2: Coeficiente mensual de eficiencia en la continuidad del suministro.

3. k3: Coeficiente mensual de servicio de presiones.

4. K4: Coeficiente anual de instalaciones electromecánicas.

5. K5: Coeficiente anual de atención al cliente.

Respecto a las características del coeficiente K1 ya escribí en  Calidad en la explotación de infraestructuras de regadío  y las medidas a las que hice referencia también afectarán positivamente a la fiabilidad de las redes de riego (coeficiente mensual k2) ya que tendremos menos interrupciones.

Respecto al mantenimiento de la presión en las redes es conveniente tener en cuenta los diferentes materiales de las tuberías y el tiempo que puede llevar asociado una reparación y por tanto el tiempo que la instalción estará sin presión y fuera de servicio.

Las roturas en tuberías de PVC (diámetros < 400 mm) suelen afectar a una superficie reducida (<200 has) y su tiempo de reparación es corto. Los tubos son poco pesados y de fácil manejo. Los materiales de reparación no tienen un coste alto y son fácilmente localizables. Una interrupción de 48 horas es más que suficiente para reparar cualquier avería de PVC, lo habitual será repararlo en menos de 24 horas.

Las tuberías de fundición dúctil puede ser más problemática su reparación por su mayor peso y por su mayor tamaño, pero consideramos que cualquier avería se puede resolver en 24 horas si se dispone del material necesario. Este material es más difícil de localizar por lo que se tendrá que estocar. Las roturas y fugas de PVC y fundición dúctil se recomienda realizarla con equipos propios.

Las fugas en tuberías de acero helicoidal presentan más complejidad en su reparación y es necesario tener un contrato de mantenimiento con una empresa especializada de la zona que disponga de medios y materiales para que el periodo de interrupción sea en menos de 48 horas.

El tiempo de afectación representa principalmente el tiempo necesario para restablecer el suministro en la zona afectada por la interrupción. En muchos casos debido a la configuración de la red, la zona afectada por el fallo producido se puede aislar del resto, desconectando la sección de la red que englobe esta zona. Es importante realizar el procedimiento adecuado de maniobra que permita aislar el ramal o equipo afectado.

Esta medida no reduce el tiempo de afectación de la sección afectada, pero reduce la superficie afectada directamente.

Dicha reducción se puede conseguir sobre la base de una modelización previa y con la adecuada monitorización actuando sobre las siguientes medidas:

  • Automatización de las redes
  • Sistema de localización de fallos
  • Reducción del tiempo de respuesta

Es importante identificar lo antes posible la avería. Nada más recibida la noticia se debería independizar el ramal, si fuera necesario. Para la excavación se recomienda disponer de retroexcavadoras distribuidas por todo el perímetro de riego con el compromiso de acudir en cuanto se les requiera. En las primeras etapas de la puesta en funcionamiento de los sectores de riego se recomienda utilizar empresas externas hasta que se haya formado al personal propio. Posteriormente, todas las reparaciones se realizaran con medios propios, salvo:

  • Las instalaciones eléctricas
  • Variadores de frecuencia
  • Rectificación de los motores y bombas
  • Caudalímetros
  • Reparaciones de la tubería helicoidal

Además se debe tener en cuenta que los mayores problemas surgen en los primeros meses de funcionamiento, porque:

  • Hay que hacer un ajuste definitivo a los equipos eléctricos, electrónicos y el telecontrol.
  • Aparecen los defectos de montaje. Los defectos de los materiales suelen aparecer más tarde (vicios ocultos).
  • Las redes suelen tener bastante suciedad y las piedras q pueden obstruir a las válvulas y dañarlas. No es fácil sacar las piedras que han entrado en la tubería durante el montaje.